Показник заломлення суміші. Властивості розчинів сахарози
У нашій теорії показника заломлення є ще одне передбачення, яке можна перевірити експериментально. Припустимо, що ми розглядаємо суміш двох матеріалів. Показник заломлення суміші не буде середнім двох показників, а визначається через суму двох поляризованих як у рівнянні (32.34). Якщо, скажімо, ми цікавимося показником заломлення розчину цукру, то повна поляризованість буде сумою поляризувань води та цукру. Але кожна з них, зрозуміло, повинна підраховуватися виходячи з даних про кількість молекул Nцього сорту в одиниці обсягу. Іншими словами, якщо в даному розчиніміститься N 1
молекул води, поляризованість якої α 1
і N 2 молекул сахарози (C 12 H 22 O 11), поляризуемість якої α 2 то ми повинні отримати
Цією формулою можна скористатися для експериментальної перевірки нашої теорії – вимірювання показника для різних концентрацій цукрози у воді. Однак тут ми маємо зробити кілька припущень. Наша формула передбачає, що при розчиненні цукрози ніякої хімічної реакціїне відбувається і що обурення індивідуальних осциляторів за різних частот відрізняється не надто сильно. Тому наш результат, безумовно, буде лише наближеним. Проте давайте подивимося, наскільки він добрий.
Розчин цукру ми вибрали тому, що маємо хороші дані вимірювань показника заломлення і, крім того, цукор являє собою молекулярний кристал і переходить в розчин без іонізації та інших змін хімічного стану.
У перших трьох стовпцях табл. 32.2 наведено дані із зазначеного довідника. У стовпці А дано відсоток сахарози за вагою, у стовпці В наведена виміряна щільність г/см 3 ,а в стовпці С дані вимірювання показника заломлення світла з довжиною хвилі 589,3 ммк.Як показник чистого цукру ми взяли результати вимірювань кристала цукру. Ці кристали не ізотропні, так що показник заломлення в різних напрямкахрізний. Довідник дає три величини:
Ми взяли середнє.
Спробуємо тепер підрахувати nдля кожної концентрації, але ми не знаємо, які потрібно взяти значення α 1та α 2 . Перевіримо теорію в такий спосіб: будемо припускати, що поляризація води ( α 1) при всіх концентраціях одна і та ж, і підрахуємо поляризуемість сахарози, використовуючи експериментальну величину nта дозволяючи (32.37) щодо α 2 .Якщо теорія вірна, то ми для будь-якої концентрації маємо отримати те саме значення α 2 .
Насамперед нам потрібно знати числа N 1 і N 2; висловимо їх через число Авогадро N 0. В якості нашої одиниці об'єму візьмемо один літр (1000 см 3).Тоді ставлення N/N 0 одно вагою одного літра, поділеному на грам-молекулу. А вага літра дорівнює творугустини (помноженої на 1000, щоб отримати грами) на вагову частку або сахарози, або води. Таким шляхом отримуємо N 2 / N 0 і N 1 /N 0 , записані в стовпцях D та Е нашої таблиці.
У стовпці F ми підрахували 3(n 2 -1)/(n 2 +2), виходячи з експериментальних значень n(Стовпець С). Для чистої води 3(n 2 -1)/(n 2 +2) дорівнює 0,617, що якраз буде N 1 α 1 . Потім ми можемо заповнити решту колонки G, оскільки для кожного рядка відношення G/E має бути однією і тією самою величиною, саме 0,617: 55,5. Віднімаючи стовпець G із стовпця F, знаходимо внесок N 2 α 2 , вноситься сахарозою, який записаний в стовпці Н. А потім, поділивши ці дані на величину N 2 / N 0 зі стовпця D, ми отримуємо величину N oα 2 , наведену у стовпці I.
З нашої теорії ми очікували, що всі величини N 0 α 2 повинні вийти однаковими. Вони вийшли хоч і не точно рівними, але досить близькими один до одного. Звідси можна зробити висновок, що наші ідеї правильні. Більш того, ми виявили, що поляризуемість молекул цукру, мабуть, не залежить сильно від її оточення: їхня поляризуемость приблизно одна і та ж як у розведеному розчині, так і в кристалі.
Лабораторна робота №62
ВИВЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ПОКАЗНИКА ПЕРЕЛОМЛЕННЯ
РОЗЧИНУ ЦУКРУ ВІД ЙОГО КОНЦЕНТРАЦІЇ
Мета роботи: Вивчення рефрактометра та вимірювання за його допомогою показника заломлення ряду рідин щодо повітря; знаходження залежності показника заломлення розчину цукру з його концентрації.
Прилади та приладдя : рефрактометр, набір досліджуваних рідин з різними показниками заломлення та розчинів цукру з різними концентраціями.
1. ТЕОРЕТИЧНЕ ВСТУП
Ще до встановлення природи світла були відомі такі основні закони оптичних явищ:
1. Закон прямолінійного поширення світла:в оптично однорідному середовищісвітло поширюється прямолінійно (прямими лініями). Закон цей зустрічається у творі з оптики, що приписується Евкліду (300 років до нашої ери), але, ймовірно, був відомий і застосовувався набагато раніше. Досвідченим доказом цього закону є спостереження над різкими тінями, що даються точковими джерелами світла, або отримання зображень за допомогою малих отворів. Відступи від закону прямолінійного поширення світла розглядаються у вченні про дифракцію.
2. Закон незалежності світлових пучків: поширення будь-якого світлового пучка в середовищі зовсім не залежить від того, є в ньому інші пучки світла чи ні. Цей закон необхідно доповнити твердженням, що визначає спільна діясвітлових пучків за її накладення друг на друга. Воно полягає в тому, що освітленість екрану, створювана декількома світловими пучками, дорівнює сумі освітленостей, створюваних кожним пучком окремо. Порушення справедливості цього твердження мають місце у явищах інтерференції світла.
3. Закон відбиття світла:падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з нормаллю до межі розділу в точці падіння, причому кут відбиття дорівнює кутупадіння (рис. 1). Цей закон був відомий ще грекам.
4. Закон заломлення, який ми розглянемо докладніше. Цей закон був встановлений експериментально в 1621 голландським ученим Снелліусом (1580-1626) і опублікований після його смерті. Відповідно до закону заломлення Снелліуса, падаючий і заломлений промені лежать в одній площині з нормаллю до межі розділу в точці падіння, причому відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цих середовищ:
, (1)
 |
де n 21 – відносний показникзаломлення другого середовища щодо першого. Індекси в позначеннях кутів , , , вказують, у якому середовищі (першому чи другому) йде промінь.
Відносний показник заломлення двох середовищ дорівнює відношеннюїх абсолютних показників заломлення:
.(2)
Абсолютним показником заломлення середовища називається величинаn, рівна відношеннюшвидкості з електромагнітних хвильу вакуумі до їх фазової швидкості в середовищі:
.(3)
Показник заломлення належить до небагатьох констант, які можна виміряти з дуже високою точністю і малою витратою часу, маючи лише невелику кількість речовини. Для цього використовуються прилади. рефрактометри.
Один із перших рефрактометрів був створений у середині
для визначення заломлень у хімічних тілах». Термін «рефракція» був уведений у науку Ньютоном у його книзі «Оптика» на початку XVIII ст.
В наш час рефрактометр є обов'язковою приналежністю багатьох дослідних та виробничих лабораторій. Рефрактометричні методи широко застосовуються в хімічній, нафтовій, фармацевтичній, харчовій промисловості, геології, сільському господарствіконтролю якості зрілості плодів, овочів, насіння. У біологічних, хімічних та фізичних лабораторіях рефрактометри застосовуються для дослідження ефірних олій, стекол, жирів, крові, рідкого палива, мастил, різних розчиніві т.д. Простота та доступність вимірювань у поєднанні з високою точністю дозволяє рефрактометричним методам зберегти своє значення у майбутньому.
З допомогою рефрактометричних вимірів зазвичай визначають відносний показник заломлення речовини, тобто. цей показник щодо повітря лабораторного приміщення. Якщо потрібно знати абсолютний показникзаломлення речовини, то його знаходять за формулою
,(4)
де nпов. - абсолютний показник заломлення повітря ( nповіт= 1,00029 при Т= 273 К, Р= 1,01 · 10 5 Па для довжини хвилі λ= 589,3 нм); n– показник заломлення речовини, отриманий при рефрактометричному вимірі за таких же температур Т, тиск Рта довжині хвилі λ.
Для рефрактометричного аналізу розведених розчинів, концентрації яких лежать у межах від 0 до 30%, велике значеннямає рівняння
,(5)
де n - Показник заломлення розчину;n 0 - Показник заломлення чистого розчинника; З- Концентрація розчину; k- Емпіричний коефіцієнт, званий інкрементом показника заломлення.
Визначивши за допомогою рефрактометраn, n 0 і знаючи Зможна знайти аналітичну залежність показника заломлення розчину від його концентрації.
У більшості рефрактометрів показники заломлення визначаються методом граничного кута. В основі цього методу лежить повне явище внутрішнього відображення.
Повне внутрішнє відображення має місце під час переходу світлового променяз оптично більш щільного середовища оптично менш щільну, наприклад, з води в повітря. Середовище з показником заломлення n 2 називається оптично більш щільною, ніж з показником заломленняn 1 , якщо n 2 > n 1 .
Нехай промінь світла виходить із води у повітря (рис. 2, а).
Зі збільшенням кута падіння збільшується кут заломлення (рис. 2, б, в). Відбувається це до тих пір, поки при деякому куті падіння (i 1 = iпр ) кут заломлення не виявиться рівним π/2. Кут падінняiпр називається граничним кутом. При кутах падінняi 1 > iпр все падаюче світло повністю відбивається (рис. 2, г).
У міру наближення кута падіння до граничного інтенсивність заломленого променя зменшується, а відбитого – зростає
(Рис. 2, а–в). Якщоi 1
=
iпр , то інтенсивність заломленого променя перетворюється на нуль, а інтенсивність відбитого дорівнює інтенсивності падаючого (рис. 2, г), тобто. промінь не заломлюється, а повністю відбивається у першу середу. Це явище називається повним відображенням.
За законом заломлення
, (6)
де n 1 - Показник заломлення води;n 2 - Показник заломлення повітря.
Знаючи показник заломлення одного із середовищ і визначаючи на досвіді граничний кут, можна за допомогою формули (6) визначити показник заломлення другого середовища.
Нехай тепер світло падає на межу розділу з боку менш щільного середовища. Залежно від кута падіння промінь у другому середовищі може становити з нормаллю кути, розташовані в інтервалі від нуля доiпр ; граничний кут заломленняiпр відповідає куту падіння, що дорівнює 90° (Ковзаючий промінь).
За законом заломлення
.
(7)
З формули (7) випливає, що
тобто. величина граничного кута й у разі визначається формулою (6).
При вимірі показника заломлення за допомогою рефрактометра УРЛ-1 можна користуватися методом повного внутрішнього відображення, так і методом ковзного променя.
2. ОПИС РОБОЧОЇ УСТАНОВКИ ТА МЕТОДУ ВИМІРЮВАНЬ
У цій роботі використовується рефрактометр УРЛ-1, зовнішній виглядякого представлено на рис. 3.
Основними частинами рефрактометра є: основа 1, корпус 2, вимірювальна головка з камерами 3 і 6, освітлювач 4, термометр 5, лімб компенсації дисперсії 7, пробка 8, шкала 9, рукоятка 11, налаштувальний пристрій 12, зорова труба 10 з відлік див. рис.3). У нижній камері 3 вимірювальної головки розташована вимірювальна призма, а у верхній камері 6 - освітлювальна (рис. 4).
Призми виготовлені з важкого скла (флінту), показник заломлення якого більший за 1,7. Досліджуваний розчин поміщають між площинами АВі А ′ У′ цих призм.
Пучок світла від освітлювача, пройшовши через межу А ′ З′ освітлювальної призми А ′ У′ З ′, падає на її межу А′ У′. Так як ця грань ( А′ У′) матова, то вона розсіює світло в рідині за всіма напрямками, і частина променів падає на межу АВвимірювальної призми АВСпід різними кутами. Найбільший можливий кут падіння променів 1, 2, 3 на межу АВдорівнює 90° , отже, променя з ще великим кутомпадіння не може. Цей ковзний кордоном АВпромінь 3 (див. рис. 4), що йде з досліджуваної рідини з меншим показником заломлення в середу з великим показником заломлення – у призму АВС, Заломлюється в ній (як це випливає з принципу оборотності світлового променя) під граничним кутомiповного внутрішнього відбиття. Всі інші промені, наприклад, другий і перший, що падають на межу АВпід кутом, менше 90° , заломлюються в призмі під кутом, менше граничногоi.
Брікс – це найпоширеніша шкала калібрування рефрактометрів. Брикс виражає концентрацію розчину хімічно чистої сахарози в дистильованій воді в масових відсотках (кількість грамів сахарози в 100 г розчину) і використовується для вираження в масових відсотках концентрації цукрових розчинів у загальному випадку.
Показники заломлення водних розчинівцукрози при 20°С
За даними 20-ї конференції ICUMSA (International Commission of Uniform Methods for Sugar Analysis) 1990 |
від концентрації при 20°С
Поправки на температуру для рефрактометричного аналізу
водних розчинів сахарози
Концентрація розчину сахарози, % |
|||||||||||||||
Відняти від знайденого вмісту сахарози, % |
|||||||||||||||
Додати до знайденого вмісту сахарози, % |
|||||||||||||||
Походження слова Брікс (Brix)
Професор А. Брікс (Brix) – німецький хімік 19 століття (1798 - 1890). Він був першим, хто виміряв густину соків, отриманих з плодів рослин, за допомогою поплавкового густиноміру (ареометра). Винороби Європи були стурбовані тим, що не могли передбачити, з якого винограду вийде найкраще вино. Можливість прогнозувати якість майбутнього вина була надзвичайно важлива для них, оскільки найкращі вина коштували у багато разів дорожче за ординарні. Сучасники високо оцінили відкриття професора Брікса та назвали його ім'ям нову одиницю виміру.
Брікс– це масовий процентний вміст сухих речовин у плодовому соку.
Брікснині визначають, як відсотковий вміст сахарози у розчині. Прилади, що визначають концентрацію в одиницях Брікс, калібруються саме розчинами сахарози у воді. Насправді при вимірі концентрації плодових соків в одиницях Брікс ми отримуємо деяке сумарна кількістьграмів сахарози, фруктози, кислот, солей, вітамінів, амінокислот, протеїнів та інших речовин, що містяться у 100 грамах соку та еквівалентне відповідній кількості сахарози. Тому соки менш солодкі на смак, ніж аналогічні за величиною Брікс розчини цукрози.
Брікс безпосередньо пов'язаний із якістю плодів. Наприклад, виноград з невиразним кислим смаком, вирощений на виснаженому грунті має величину Брікс не більше 8, а виноград з багатим смаком, вирощений на родючому грунті, має Брікс до 24 і більше.
Таким чином, цукор є лише одним із компонентів Брікс. При цьому потрібно пам'ятати, що деякі речовини можуть спотворювати значення Брікс, наприклад, спирт, оцет. Для контролю рослинної олії, сиропу, меляси та інших щільних рідин потрібно рефрактометр, калібрований в діапазоні 30 – 90 Брікс. Мед перевіряють рефрактометром зі шкалою, розміченою в одиницях вмісту води, а не в одиницях вмісту сухих речовин у воді, як завжди.
Визначення якості деяких плодів
за величиною Брікс соку, що міститься в них
| Фрукти і ягоди | Якість |
Овочі, коренеплоди, бобові | Якість |
|||||||
| Авокадо | Арахіс | |||||||||
| Ананас | Брокколі | |||||||||
| Апельсин | Боби зелені | |||||||||
| Кавун | Брюква | |||||||||
| Банан | Горошок зелений | |||||||||
| Виноград | Капуста білокачанна | |||||||||
| Вишня | Цвітна капуста | |||||||||
| Грейпфрут | Картопля | |||||||||
| Груша | Картопля солодка | |||||||||
| Диня зимова | Кольрабі | |||||||||
| Диня мускусна | Кукурудза солодка | |||||||||
| Суниця | Цибуля ріпчаста | |||||||||
| Родзинки | Морква | |||||||||
| Кокос | Перець пекучий | |||||||||
| Кумкват | Петрушка | |||||||||
| Лайм | Ріпа | |||||||||
| Лимон | Салат-латук | |||||||||
| Малина | Буряк | |||||||||
| Манго | Селера | |||||||||
| Папайя | Спаржа | |||||||||
| Персик | Томати | |||||||||
| Чорниця | Гарбуз | |||||||||
| Яблука | Квасоля зелена | |||||||||
ГОУ ВПО Перший Московський державний медичний університетімені І.М. Сєченова
Кафедра фармацевтичної хіміїз курсом токсикологічної хімії
Курсова робота на тему:
"Рефрактометричний метод в експрес-аналізі лікарських форм"
Підготував:
Студент 5 курсу 17 групи денного відділення Жуков О.М.
Перевірила:
Щепочкина О.Ю.
З'ясувати актуальність даного методуаналізу лікарських речовин для середньостатистичної аптеки
Вивчити рефрактометричний метод аналізу лікарських речовин;
З'ясувати, які на даний моментіснують рефрактометри;
З'ясувати актуальність методу рефрактометричного аналізу для аптеки.
Теоретична частина
Рефрактометрія(Від лат. refractus- Заломлений і грецьк. metroo- Вимірюю) - метод аналізу, заснований на явищі заломлення світла при проходженні з одного середовища в інше. Заломлення світла, тобто зміна його початкового спрямування, зумовлене різною швидкістюрозподілу світла у різних середовищах.
При цьому відношення синуса кута падіння променя (α) до синуса кута заломлення (β) для двох середовищ, що стикаються, є величина постійна, звана показником заломлення (n).
Показник заломлення також дорівнює відношенню швидкостей поширення світла у цих середовищах:
У лабораторних умовзазвичай визначають так званий відносний показник заломлення речовини стосовно повітря приміщення, де ведеться вимір. Показник заломлення вимірюють на рефрактометрах приладів різних систем. Зазвичай вимір показника заломлення на рефрактометрах Аббе, основою принципу, дії якого покладено явище повного внутрішнього відбиття при проходженні світлом межі розділу двох середовищ із різними показниками заломлення.
Діапазон вимірюваних показників заломлення при вимірі в минущому світлі 1,3-1,7.
Точність вимірювання показника заломлення повинна бути не нижче +2 · 10 -4.
Величина показника заломлення залежить від природи речовини, довжини хвилі світла, температури, за якої проводиться вимірювання та концентрації речовини в розчині. Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію). Обов'язковою умовоювизначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай визначення виконується за 20±0,30С. У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні - збільшується. Поправку розраховують за такою формулою:
n1 = n 20 + (20-t) · 0,0002
Показник заломлення, виміряний при 20 0 С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом n 20 .
Показник заломлення як константа може бути використаний для ідентифікації лікарських препаратів, які за своєю природою є рідинами. Згідно з ФС визначають показник заломлення для ідентифікації галотану (фторотану), нікетаміду (діетиламіду кислоти нікотинової), токоферолу ацетату, а також жирних та ефірних олій (персикової, касторової, евкаліптової та ін.). Рефрактометрія в фармацевтичний аналізшироко використовується для кількісного визначенняречовин у розчині, особливо у практиці внутрішньоаптечного контролю. Примітка . При концентрації речовини менше 3 - 4% не рекомендується використовувати метод рефрактометрії .
Залежність показника заломлення від концентрації речовини у відсотках виражається формулою:
де n і n0 - показники заломлення розчину та розчинника; С – концентрація речовини в розчині; F – фактор показника заломлення. Показник заломлення розчину складається з показника заломлення розчинника та показників заломлення розчинених речовин.
Для розчинів, що містять дві або більше речовин, формула матиме такий вигляд:
Рефрактометр ІРФ-454 Б2М
Рефрактометр ІРФ-454Б2М призначений для вимірювання показника заломлення та середньої дисперсіїнеагресивних рідин та твердих тіл.
Рефрактометр ІРФ-454 Б2М має ряд переваг:
швидкістю вимірювання;
простотою обслуговування;
мінімальною витратою досліджуваної речовини, що особливо важливо під час роботи з дорогими матеріалами.
Рефрактометр ІРФ-454 Б2М застосовується:
1. У МЕДИЧНИХ УСТАНОВАХ для визначення білка в сечі, сироватці крові, щільності сечі, аналіз мозкової та суглобової рідини, щільності субретинальної та інших рідин ока. Використання рефрактометра дозволяє значно скоротити витрати часу під час масових обстежень пацієнтів.
2. У ФАРМАЦЕВТИЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ рефрактометр ІРФ-454б2м може застосовуватися для дослідження водних розчинів різних лікарських препаратів: кальцію хлориду (0% та 20%); новокаїну (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%); ефедрину (5%); глюкози (5%, 25%, 40%); магнію сульфату (25%); натрію хлориду (10%); кордіаміну і т.д.
3. У ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ:
на цукрових та хлібних заводах, кондитерських фабриках для аналізу продуктів та сировини, напівфабрикатів, кулінарних та борошняних виробів рефрактометр ІРФ-454 б2м визначає вологість меду (до 20 %)
для визначення частки сухих речовин у різних суслах (ГОСТ 5900-73), "промочці", цукроаграровому сиропі, сиропі для мармеладу, зефіру, кремів та пряників, "тиражки" для пряників;
для визначення масової часткирозчинних сухих речовин з цукрози (BRIX) у продуктах переробки плодів та овочів, для визначення процентного вмісту жиру у твердих продуктах харчування (пряники, вафлі або хлібобулочних виробів) концентрації солей.
4. ПРИ ОБСЛУГОВУВАННІ ТЕХНІКИ рефрактометр ІРФ-454 Б2М застосовується для визначення з більшою точністю об'ємної концентраціїпротикристалізаційної рідини "ІМ", яка додається до авіаційного палива в кількості від 0,1 до 0,3%. Подальша обробка результатів ведеться відповідно до " Методичним рекомендаціямз аналізу якості ПММ в цивільної авіаціїЧ. II стор.159. Досвід використання рефрактометрів показав, що ці прилади значно скорочуються час і підвищують достовірність отримання аналізів з процентному змістурідини "ІМ" в авіаційному паливі
Технічні характеристики:
Рефрактометр АЛР-3
Автоматичний лабораторний рефрактометр АЛР-3 з мікропроцесорним керуванням призначений для дослідження концентрації широкого діапазону рідких середовищяк низької, так і високої в'язкості, незалежно від прозорості та кольору.
Прилад автоматично вимірює коефіцієнт заломлення зразка розчину, обчислює його концентрацію та подає результат на цифровому РК-індикаторі. Рефрактометр має стандартне калібрування за концентрацією цукру у воді (шкала Брікс), але може бути відкалібрований на концентрацію будь-яких розчинів за бажанням замовника із записом у пам'ять відповідних шкал.
Рефрактометр АЛР-3 вимірює температуру досліджуваного розчину та здійснює автоматичну компенсацію її впливу на результат вимірювань.
| Діапазон вимірювання показників заломлення | 1,320 - 1,525 |
| Робочий діапазон вимірювання концентрації розчинів | 0 - 90 % |
| Похибка вимірювання концентрації, не гірша | ± 0,1% |
| Температурна компенсація | автоматична |
| Допустимі межі зміни робочої температури | 0 - 50 ° С |
| Габаритні розміри рефрактометра, мм, не більше | 170×115×270 |
| Похибка вимірювання робочої температури, не гірша | ±1°С |
| Час виходу на робочий режим після включення, не більше | 5 хв |
| Час встановлення вихідного сигналу, не більше | 1 хв |
| Маса, не більше | 3.0 кг |
| Найбільші габаритні розміри | 230х220х120 мм |
| живлення | 220 В, 50 Гц |
Висновок із усього написаного вище слідує такий:
Рефрактометричний метод аналізу, простий, швидкий та зручний. Але найбільше значеннявін має все ж для харчової промисловостіта медицини (наприклад, для визначення білка).
Список літератури
1. Рефрактометрія в аналізі лікарських засобів аптечного виготовлення. Контроль якості лікарських засобів, що виготовляються в аптеках / ГОУ ВПО Нижегородська державна медична академіяРосійського федерального агентстваі соціального розвитку. Кафедра фармацевтичної хімії та фармакогнозії - Нижній Новгород, 2008р., 19 с.
2. Компанія ЄвроЛаб [Сайт компанії]; http://www.eurolab.ru/refraktometriya (Дата звернення 20.12.2010)
3. Компанія ЄвроЛаб [Сайт компанії]; http://www.eurolab.ru/refraktometry (Дата звернення 20.12.2010)
4. Березіна Є.С., Кисельова А.А., Філіппова Ю.В. / Вісник Пермської державної фармацевтичної академії №2 – Перм, 2007 р., с.123-125
Мета роботи : вивчення залежності показника заломлення розчину цукру від його концентрації
Приладдя: рефрактометр ІРФ - 22, набір розчинів різної концентрації.
1. Закони відбиття світла.
2. Закони заломлення світла. Показник переломлення.
3. Повне відбиток. Граничний кут повного відображення.
4. Хід променів у трикутної призми. Світловоди.
Виконання роботи
Рефрактометр використовується для швидкого визначення показника заломлення рідин, взятих у невеликих кількостях, показник заломлення яких лежить у межах 1,3 – 1,7.
Оптична схема інтерферометра наведена малюнку 1.
Світло, відбившись від дзеркала 1, проходить освітлювальну призму 2, тонкий шар рідини і призму вимірювальну 3. Потім через захисне скло 4 і компенсатор дисперсії 5 потрапляє в об'єктив 6, проходить через призму повного відображення 7, пластинку з перехрестям 8 і через окуляр зорової труби 9 потрапляє у око спостерігача. Шкала приладу висвітлюється за допомогою дзеркала та проектується системою призм у фокальній площині окуляра, так що в полі зору одночасно видно межу світла та тіні, перехрестя та шкала. Для знаходження межі розділу світла і тіні та поєднання її з перехрестям вимірювальну головку можна обертати навколо горизонтальної осіза допомогою гвинта, що знаходиться на лицьовій панелі приладу.
1. Розташувати освітлювач так, щоб світло падало на дзеркало підсвічування шкали і на грань освітлювальної призми. Обертаючи окуляр, фокусують шкалу і візирне перехрестя.
2. Відвести вгору верхню частинувимірювальної головки з освітлювальною призмою та нанести на поліровану грань вимірювальної призми 2 – 3 краплі дистильованої води. Після цього ставлять освітлювальну призму на місце. Досліджувана рідина повинна займати весь проміжок між гранями призм.
3. Обертаючи ручку повороту вимірювальної головки, домагаються появи в полі зору межі світлого та темного полів. Забарвлення межі розділу усувається компенсатором.
4. Поєднати межу розділу з перехрестям та записати відповідні цій наводці відліки за шкалою концентрацій та показника заломлення.
5. Потім проводять вимірювання концентрації та показника заломлення всіх розчинів відомої концентрації та побудувати графік залежності показника заломлення від концентрації цукру.
6. Визначити показник заломлення розчину невідомої концентрації та за графіком визначити його концентрацію.
Розв'язати задачі.
1. Промінь світла виходить із скипидару у повітря. Граничний кут повного відбиття для цього променя дорівнює. Визначити показник заломлення скипидару.
2. Людина з човна розглядає предмет, що лежить на дні водоймища. Визначити його глибину, якщо при визначенні "на око" по вертикальному напрямку глибина водоймища здається рівною 1,5 м.
3. Граничний кут повного відбиття на кордоні скло – рідина дорівнює. Визначити показник заломлення рідини, якщо показник заломлення скла дорівнює 1,5.
РОБОТА 9
ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ СТЕФАНА-БІЛЬЦМАНА І ПОСТІЙНОЇ ПЛАНКУ
Мета роботи : знайомство з оптичними методамивимірювання температури та визначення постійної Стефана – Больцмана та Постійна Планка.
Приладдя: пірометр з ниткою, що зникає, джерело струму, лампа розжарювання, регулятор напруги однофазний.
Контрольні питання
1. Що називається тепловим випромінюванням? Його властивості.
2. Що називається потоком випромінювання?
3. Що таке енергетична світність?
4. Що таке абсолютно чорне тіло?
5. Правило Прево. Закон Кірхгофа.
6. Закон Стефана – Больцмана.
7. Закон усунення Вина.
8. Формула Планка.
9. Оптична пірометрія.
Вступ
У справжньої роботивизначається яскрава температура. Для цієї мети використовується пірометр із ниткою, що зникає. Принципова схемаприладу зображено малюнку 1. За допомогою об'єктива 5 зображення світиться поверхні досліджуваного тіла поєднується з площиною нитки розжарення фотометричної лампи 4. Нитка і зображення тіла розглядаються через окуляр 1 і світлофільтр 3, що пропускає світло з довжиною хвилі = 660 нм.
Яскравість нитки можна регулювати шляхом зміни струму, що йде по ній, за допомогою реостата, рачка якого виведена у вигляді кільця 2 навколо окуляра.
При вимірах струм через нитку підбирається те щоб вона була видно і натомість поверхні досліджуваного тіла, тобто. щоб спектральні щільності випромінюваності нитки та досліджуваного тіла були рівні для монохроматичного світлаз довжиною хвилі.
Шкала амперметра пірометра попередньо градує по випромінюванню абсолютно чорного тіла. Тому за допомогою такого пірометра можна визначити яскраву температуру тіла.
Якщо випромінювання відбувається в середовищі, температура якої , то потік енергії, що випромінюється тілом в одиницю часу внаслідок випромінювання, буде дорівнює
, 1.9
де Т – температура тіла, S – площа поверхні.
Як тепловий випромінювач в даній роботі береться вольфрамова нитка лампочки розжарювання, що нагрівається. електричним струмом. Для підтримки температури нитки постійної до неї підводиться потужність. Частина цієї потужності відводиться у вигляді тепла, внаслідок теплопровідності середовища, а решта компенсує випромінювану потужність. І тому ми можемо записати
, 2.9
де - Коефіцієнт, що враховує втрати енергії на теплопровідність. Прирівнюючи праві частини виразів 1.9 та 2.9 можна отримати:
, 3 .9
де U – напруга на лампі, I – сила струму у ній, Т – температура нитки, виміряна пірометром (яскрава температура).
У цьому завдання, як свідчить досвід, вважатимуться, що тоді з висловлювання 3.9 можна знайти
, 4.9
де Т – яскрава температура,
S – площа нитки розжарювання лампи,
U та I – напруга на лампі та сила струму в ній.
Знаючи постійну Стефана – Больцмана та постійну Больцманаможна визначити постійну Планку
, 5.9
де - швидкість світла у вакуумі,
- Постійна Больцмана.
Виконання роботи.
Включити установку в мережу та подати на лампу напругу 60 – 80 В.
Сфокусувати зображення нитки розжарювання фотометричної лампи. Переконатися, що зображення нитки фотометричної лампи накладається на зображення нитки розжарювання лампи, що досліджується.
Натиснувши кнопку К і обертаючи кільце пірометра, підібрати струм у фотометричній лампі так, щоб її зображення зникало б на тлі нитки досліджуваної лампи.
За шкалою пірометра визначити яскраву температуру нитки розжарювання лампи. Результати вимірів занести до таблиці 1.
2. Потік випромінювання абсолютно чорного тіла дорівнює 10 кВт, максимум спектральної щільності енергетичної світностіпосідає довжину хвилі рівну 0,8 мкм. Визначити площу випромінюючої поверхні.
3. Визначити коефіцієнт сірості тіла, для якого температура, виміряна радіаційним пірометром, дорівнює 1400 К, тоді як справжня температура тіла дорівнює 3200 К.
Робота 1. Визначення фокусної відстані та оптичної сили
збирає і розсіює лінз ……………………………. 1
Робота 2. Інтерференція світла ……………………………………………… 4
Робота 3. Дифракція світла……………………………………………………. 7
Робота 4. Дифракційна решітка…………………………………………… 11
Робота 5. Вивчення фотоефекту …………………………………………….. 13
Робота 6. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної
решітки……………………………………………………………… 16
Робота 7. Перевірка закону Малюса…………………………………………… 19
Робота 8. Визначення показника заломлення розчину цукру
та його концентрації у розчині за допомогою рефрактометра ІРФ - 22… 20
Робота 9. Визначення постійної Стефана – Больцмана та постійної
Планка……………………………………………………………….. 22
